Микроморфология поверхности и дислокационная структура крупногабаритных оптических кристаллов германия и парателлурита

• Автор: Иванова, Александра Ивановна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 157 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ГЛАВА 1. ДЕФЕКТЫ СТРУКТУРЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ (обзор литературы)
1.1 Дефекты кристаллической структуры (общая характеристика и основная классификация)

1.2 Дефекты структуры и оптические аномалии в кристаллах парателлурита и германия

1.3 Механизмы образования и особенности пространственного распределения

дислокаций

1.4 Методы исследования дефектов кристаллической структуры

1.4.1 Избирательное травление

1.4.2 Декорирование

1.4.3 Рентгеновская дифракционная топография

1.4.4 Просвечивающая электронная микроскопия (ТЕМ)
1.4.5 Атомно-силовая микроскопия.
1.4.6 Метод фотоупругости
1.4.7 Контроль внутренних напряжений .
1.4.8 Малоугловое рассеяние лазерного излучения (ЕЛЬБ)

25 28 28

1.5 Основные характеристики и области применения оптических кристаллов
германия и парателлурита
1.6 Выращивание монокристаллов германия и парателлурита ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Исследуемые образцы
2.1.1 Монокристаллы германия
2.1.1.1 Выращивание методом Чохральского .
2.1.1.2 Выращивание методом направленной кристаллизации
2.1.2 Монокристаллы парателлурита
2.1.3 Определение ориентации кристаллов
2.2 Методики структурных исследований

54 57 60
2.2.1 Оптическая микроскопия
2.2.2 Инфракрасная микроскопия
2.2.3 Интерференционная профилометрия
2.2.4 Растровая электронная микроскопия
2.2.5 Просвечивающая электронная микроскопия
2.2.6 Селективное травление
2.2.6.1 Германий
2.2.6.2 Парателлурит
ГЛАВА 3. МИКРОМОРФОЛОГИЯ ПОВЕРХНОСТИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ ГЕРМАНИЯ
3.1 Дефектная структура кристаллов германия
3.1.1 Объемные дефекты
3.1.2 Бороздчатая структура поверхности
3.1.3 Морфология ямок травления граней (111), (110), (100)
3.2. Исследования микроструктуры на просвечивающем электронном микроскопе
ГЛАВА 4. МИКРОМОРФОЛОГИЯ ПОВЕРХНОСТИ
КРИСТАЛЛОВ ПАРАТЕЛЛУРИТА
4.1 .Морфология ямок травления граней (110) и (001)
4.2 Поляризационно-оптический анализ внутренних напряжений
и структуры дислокаций
4.3 Секториальное распределение дефектов структуры
4.4 Кристалломорфологический анализ и индексация
граней монокристаллов, выращенных в направлении [110]
4.5 Фотолитографическое микроструктурирование поверхности кристаллов парателлурита
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 13

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Современные технологии микро- и наноэлектроники, квантовой электроники, квантовой и нелинейной оптики, акустооптики, полупроводникового приборостроения и других бурно развивающихся направлений функциональной электроники неразрывно связаны с использованием оптических материалов с особыми физическими свойствами [1-5]. Наряду с многочисленными традиционными применениями оптических материалов в фотоэнергетике и измерительной технике (солнечные фотоэлементы, преобразователи физических величин) в последние годы получили широкое распространение устройства управления лазерными пучками, основанные на взаимодействии упругих волн со световыми излучениями (дефлекторы, модуляторы, электронно-управляемые оптические фильтры).
К числу наиболее эффективных материалов в своих диапазонах прозрачности относятся монокристаллы германия (диапазон длин волн 2...20 мкм) и парателлурита (диапазон 0,35...5,5 мкм). Кристаллы германия находят применения в акустооптических устройствах управления лазерным излучением, главным образом в системах модуляции, сканирования и сдвига частоты излучения СОг-лазеров на длине волны 10,6 мкм. Парателлурит обладает необычной комбинацией материальных констант и физических свойств. Это обусловливает его широкое применение в акустооптических спектральных приборах: электронно-перестраиваемых фильтрах, дисперсионных линиях управления формой ультракоротких лазерных импульсов, процессорах радиосигналов и т.д. Управляющая ВЧ-мощность акустооптического прибора пропорциональна квадрату длины волны оптического излучения. Поэтому естественной тенденцией является увеличение длины акустооптического взаимодействия в кристалле, то есть длины самого кристалла, для снижения уровня управляющей мощности. Одновременно улучшается спектральное

увеличение коэффициента поглощения, являющегося основным показателем оптического качества монокристаллического германия. Изменение спектров поглощения можно интерпретировать как результат влияния деформации на оптические переходы трёх типов: а) межзонные прямые; б) внутризонные прямые; в) переходы соответствующие поглощению свободными носителями -электронами и дырками [93-95]. Для определения распределения двулучепреломления (пластической деформации) по плоскости пластины германия разработана экспериментальная установка, изображенная на рисунке
1.1. Зависимость разности главных напряжений в пластинах полупроводников от отношения постоянной и переменной составляющих напряжения, снимаемого с выхода фотоприемника описывается выражением:
где X -длина волны источника излучения, мкм; Udo - постоянная составляющая напряжения, снимаемая с фотоприемника, В; Ud~ - переменная составляющая напряжения, снимаемая с фотоприемника, В; С - коэффициент, характеризующий чувствительность полупроводниковой пластины к
Рисунок 1.1— Схема автоматизированной системы определения внутренних напряжений в пластинах германия: 1 - источник поляризованного монохроматического излучения (лазер газовый ЛГ-79-1 X = 3,3 мкм); 2 - механический модулятор; 3 - четвертьволновая пластинка; 4 - исследуемая пластина; 5 - оптический анализатор; 6 -электрический привод модулятора; 7 - электрический привод сканатора по оси У;
8 - электрический привод сканатора по оси X; 9 - объектив с фотоприемником; 10, 11 - электронные блоки сопряжения с ЭВМ;
термостат [96]
ах а
(1.3)
2п Cd
внутренним напряжениям, Па'1; с? - толщина пластины, мкм.